Nivel microscópico

La escala microscópica (del griego antiguo μικρός (mikrós) 'pequeño' y σκοπέω (skopéō) 'mirar (a); examinar, inspeccionar') es la escala de objetos y eventos más pequeños que los que se pueden ver fácilmente a simple vista. ojo, lo que requiere una lente o un microscopio para verlos con claridad. En física, la escala microscópica a veces se considera como la escala entre la escala macroscópica y la escala cuántica. Las unidades y medidas microscópicas se utilizan para clasificar y describir objetos muy pequeños. Una unidad de escala de longitud microscópica común es el micrómetro (también llamado micrón) (símbolo: μm), que es una millonésima parte de un metro.

Historia

Si bien los microscopios compuestos se desarrollaron por primera vez en la década de 1590, la importancia de la escala microscópica no se estableció realmente hasta la década de 1600, cuando Marcello Malphigi y Antonie van Leeuwenhoek observaron microscópicamente pulmones de rana y microorganismos. A medida que se estableció la microbiología, aumentó la importancia de hacer observaciones científicas a nivel microscópico.

Publicado en 1665, el libro Micrographia de Robert Hooke detalla sus observaciones microscópicas, incluidos insectos fósiles, esponjas y plantas, lo que fue posible gracias a su desarrollo del microscopio compuesto. Durante sus estudios sobre el corcho, descubrió las células vegetales y acuñó el término "célula".

Antes del uso del prefijo micro-, otros términos se incorporaron originalmente al sistema métrico internacional en 1795, como centi-, que representaba un factor de 10^-2, y mili-, que representaba un factor de 10^-3..

Con el tiempo, la importancia de las mediciones realizadas a escala microscópica creció y, en 1844, el propietario de una empresa de relojería, Antoine LeCoultre, desarrolló un instrumento llamado Millonómetro. Este instrumento tenía la capacidad de medir objetos con precisión al micrómetro más cercano.

El comité de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia incorporó el prefijo micro en el sistema CGS recién establecido en 1873.

El prefijo micro finalmente se agregó al sistema SI oficial en 1960, reconociendo las mediciones que se realizaron en un nivel aún más pequeño, que denota un factor de 10 ^ -6.

Biología

Por convención, la escala microscópica también incluye clases de objetos que por lo general son demasiado pequeños para verlos, pero algunos de los cuales son lo suficientemente grandes para ser observados a simple vista. Dichos grupos incluyen Cladocera, algas verdes planctónicas de las cuales Volvox es fácilmente observable, y los protozoos cuyo stentor puede verse fácilmente sin ayuda. La escala submicroscópica también incluye objetos que son demasiado pequeños para verlos con un microscopio óptico.

Termodinámica

En termodinámica y mecánica estadística, la escala microscópica es la escala en la que no medimos ni observamos directamente el estado preciso de un sistema termodinámico; estos estados detallados de un sistema se denominan microestados. En cambio, medimos las variables termodinámicas a una escala macroscópica, es decir, el macroestado.

Niveles de escala microscópica

Como la escala microscópica cubre cualquier objeto que no se puede ver a simple vista, pero que es visible bajo un microscopio, la gama de objetos que caen bajo esta escala puede ser tan pequeña como un átomo, visible bajo un microscopio electrónico de transmisión. Los tipos de microscopios a menudo se distinguen por su mecanismo y aplicación, y se pueden dividir en dos categorías generales.

Microscopios de luz

Entre los microscopios ópticos, la lente del objetivo utilizada dicta qué tan pequeño se puede ver un objeto. Estas lentes objetivas variables pueden cambiar el poder de resolución del microscopio, que determina la distancia más corta a la que alguien puede distinguir dos objetos separados a través de esa lente del microscopio. Es importante tener en cuenta que la resolución entre dos objetos varía de un individuo a otro, pero se puede cuantificar la fuerza de las lentes del objetivo.

El microscopio más básico utilizado por Antonie van Leeuwenhoek en la década de 1660, el microscopio simple, utiliza una lente singular. Por lo tanto, el usuario está limitado a la ampliación permitida por la lente del objetivo. Como tal, generalmente se usa para ver elementos no complejos, como mapas.

Los microscopios de luz compuesta tienen una serie de variaciones, incluidos los microscopios de campo brillante, de campo oscuro, de contraste de fase y de fluorescencia. Cada tipo funciona para cumplir diferentes propósitos, pero todos pueden tener una gama de lentes de objetivo, entre 4x y 1000x de aumento. Debido a sus mecanismos, también tienen un poder de resolución y un contraste mejorados en comparación con los microscopios simples, y pueden usarse para ver la estructura, la forma y la motilidad de una célula y sus organismos, que pueden ser tan pequeños como 0,1 micrómetros.

Microscopios electrónicos

Si bien los microscopios electrónicos siguen siendo una forma de microscopio compuesto, el uso de haces de electrones para iluminar objetos varía significativamente en el mecanismo de los microscopios ópticos compuestos, lo que les permite tener un poder de resolución mucho mayor y un aumento de aproximadamente 10,000 veces más que los microscopios ópticos. Estos se pueden usar para ver objetos como átomos, que son tan pequeños como 0,001 micrómetros.

Usos

Medicina forense

Durante las investigaciones forenses, la evidencia de rastros de la escena del crimen, como sangre, huellas dactilares y fibras, se puede examinar de cerca bajo microscopios, incluso hasta el punto de determinar la edad de un rastro. Junto con otras muestras, los rastros biológicos se pueden usar para identificar con precisión a las personas presentes en un lugar, hasta las células que se encuentran en su sangre.

Gemología

Cuando se determina el valor monetario de las gemas, varias profesiones en gemología requieren la observación sistemática de las propiedades físicas y ópticas microscópicas de las piedras preciosas. Esto puede involucrar el uso de microscopios estereoscópicos para evaluar estas cualidades, para eventualmente determinar el valor de cada joya o piedra preciosa individual. Esto se puede hacer de manera similar en las evaluaciones de oro y otros metales.

Infraestructura

Al evaluar los materiales de la carretera, la composición microscópica de la infraestructura es vital para determinar la longevidad y la seguridad de la carretera y los diferentes requisitos de las distintas ubicaciones. Debido a que las propiedades químicas como la permeabilidad al agua, la estabilidad estructural y la resistencia al calor afectan el desempeño de los diferentes materiales utilizados en las mezclas para pavimentos, se toman en cuenta al construir caminos de acuerdo con el tráfico, el clima, el suministro y el presupuesto en esa área.

Medicamento

En medicina, los diagnósticos se pueden hacer con la ayuda de la observación microscópica de biopsias de pacientes, como las células cancerosas. Los informes de patología y citología incluyen una descripción microscópica, que consiste en análisis realizados con microscopios, tinciones histoquímicas o citometría de flujo. Estos métodos pueden determinar la estructura del tejido enfermo y la gravedad de la enfermedad, y la detección temprana es posible mediante la identificación de indicaciones microscópicas de enfermedad.

Escala microscópica en el laboratorio.

Si bien el uso de la escala microscópica tiene muchas funciones y propósitos en el campo científico, existen muchos patrones bioquímicos observados microscópicamente que han contribuido significativamente a la comprensión de cómo la vida humana depende de las estructuras microscópicas para funcionar y vivir.

Experimentos fundadores

Antonie van Leeuwenhoek no solo contribuyó a la invención del microscopio, sino que también se le conoce como el "padre de la microbiología". Esto se debe a sus importantes contribuciones en la observación y documentación inicial de organismos unicelulares como bacterias y espermatozoides, y tejido humano microscópico como fibras musculares y capilares.

Bioquímica

Células humanas

También se ha descubierto que la manipulación genética de las mitocondrias reguladoras de la energía bajo principios microscópicos prolonga la vida útil del organismo, abordando problemas asociados con la edad en humanos, como el Parkinson, el Alzheimer y la esclerosis múltiple. Al aumentar la cantidad de productos energéticos producidos por las mitocondrias, aumenta la vida útil de su célula y, por lo tanto, del organismo.

ADN

El análisis microscópico de la distribución espacial de los puntos dentro de los centrómeros de heterocromatina de ADN enfatiza el papel de las regiones centroméricas de los cromosomas en los núcleos que experimentan la parte de interfase de la mitosis celular. Tales observaciones microscópicas sugieren que la distribución no aleatoria y la estructura precisa de los centrómeros durante la mitosis es un contribuyente vital para la función y el crecimiento celular exitoso, incluso en las células cancerosas.

Química y Física

La entropía y el desorden del universo se pueden observar a escala microscópica, con referencia a la segunda y tercera ley de la termodinámica. En algunos casos, esto puede implicar calcular el cambio de entropía dentro de un contenedor de moléculas de gas en expansión y relacionarlo con el cambio de entropía de su entorno y del universo.

Ecología

Los ecólogos monitorean el estado de un ecosistema a lo largo del tiempo mediante la identificación de características microscópicas dentro del medio ambiente. Esto incluye la tolerancia a la temperatura y al CO ₂ de microorganismos como los ciliados y sus interacciones con otros protozoos. Además, se pueden observar factores microscópicos como el movimiento y la motilidad en muestras de agua de ese ecosistema.

Geología

Las ramas de la geología implican el estudio de la estructura de la Tierra a nivel microscópico. Se registran las características físicas de las rocas, y en petrografía hay un enfoque específico en el examen de los detalles microscópicos de las rocas. De manera similar a los microscopios electrónicos de barrido, las microsondas electrónicas se pueden usar en petrología para observar la condición que permite la formación de rocas, lo que puede informar el origen de estas muestras. En geología estructural, los microscopios petrográficos permiten el estudio de las microestructuras de las rocas para determinar cómo las características geológicas, como las placas tectónicas, afectan la probabilidad de terremotos y el movimiento de las aguas subterráneas.

La investigación actual

Ha habido tanto avances en la tecnología microscópica como descubrimientos en otras áreas del conocimiento como resultado de la tecnología microscópica.

Enfermedad de Alzheimer y Parkinson

Junto con el marcado fluorescente, los detalles moleculares en proteínas amiloides singulares se pueden estudiar a través de nuevas técnicas de microscopía óptica y su relación con la enfermedad de Alzheimer y Parkinson.

Fuerza atómica microscópica

Otras mejoras en la microscopía de luz incluyen la capacidad de ver objetos nanométricos de longitud de onda inferior. También se han mejorado las imágenes a nanoescala mediante microscopía de fuerza atómica para permitir una observación más precisa de pequeñas cantidades de objetos complejos, como las membranas celulares.

Energía renovable

Los patrones microscópicos coherentes descubiertos en los sistemas químicos respaldan las ideas de la resiliencia de ciertas sustancias frente a entornos entrópicos. Esta investigación se está utilizando para informar sobre la producción de combustibles solares y la mejora de las energías renovables.

Instrumento microscópico - Micronium

También se ha desarrollado un instrumento microscópico llamado Micronium a través de la micromecánica, que consiste en resortes del grosor de un cabello humano que se arranca con peines microscópicos. Este es un movimiento muy mínimo que produce un ruido audible para el oído humano, que no se había hecho antes en intentos anteriores con instrumentos microscópicos.